영흥 사업보고서 (2023.12)
6. 주요계약 및 연구개발활동

1. 연구개발활동의 개요 ■한국내 철강사업

(1) 연구개발비용(단위 : 백만원)

과 목	2023년	2022년	2021년

원 재 료 비	-	-

인 건 비	132	126	117

위 탁 용 역 비	-	-

기 타	-	4

경상개발비 계	132	126	121

회계처리	판매비와관리비	-	-

제 조 경 비	132	126	121

개발비(무형자산)	-	-

경상개발비/매출액대비율	0.11%	0.09%	0.09%

※경상개발비 비율은 한국내 철강사업 매출액 대비 비율임.

연구/개발 과제	연구기관	연구결과 및 기대효과	비고

미세조직 및 기계적 특성 최적화를 위한 공정개선	㈜영흥철강사업부	- 공정변화에 따른 미 세조직 및 기계적 특성분석 : 제품의 품질적 안정화	-

자동차용 고강도 IT WIRE에 적용되는 1XXK 소재의 미세조직 최적화	㈜영흥철강사업부	- 열처리 조건변화에 따른 미세조직 및 기계적 특성분석 : 공정 최적화 및 제품 분석 강화	-

1XXK 소재의 미세조직 조합에 따른 피로특성의 정량적 평가	㈜영흥철강사업부	- 미세조직의 조합에 따른 각 강재의 S-N 피로곡선 확보 : 제품의 품질적 안정화	-

■한국내 자동차부품사업 (1) 연구개발비용

(단위 : 백만원)

과 목	2023년	2022년	2021년

원 재 료 비	33	-	3

인 건 비	675	637	670

위 탁 용 역 비	148	184	150

기 타	110	102	26

경상개발비 계	966	923	849

회계처리	판매비와관리비	-	-	-

제 조 경 비	966	923	849

개발비(무형자산)	-	-	-

경상개발비/매출액대비율	1.9%	1.8%	1.7%

※경상개발비 비율은 한국내 자동차부품사업 매출액 대비 비율임.

(2) 연구개발실적

연구/개발 과제	연구기관	연구결과 및 기대효과	상품화내용 차종별 개발기간

최적화 설계기법 개발	㈜영흥	스프링의 부식방지를 위한 최적형상 개발	2017. 01 ~ 2018. 12

상대파트와의 구조 최적화

표면연화 소재개발	㈜영흥	냉간용 125Grade SAE9254 소재의 내부식 개선재 개발	2016. 12 ~ 2019. 12

성분 추가 및 성분 비율 조정없이 SLM 공법적용

스프링 응력균질화 설계 기술개발	㈜영흥	스프링 경량화 및 최적설계 기술 확보	2017. 09 ~ 2018. 01

스프링 형상 최적화를 통한 설계기술 확보

복합재(GFRP) 스프링개발	HKMC, ㈜영흥T4L, 국도화학	GFRP를 이용한 횡력저감용 스프링 개발	2017. 05 ~ 2019. 06

고성능카 적용목표

세팅공정 해석기술 개발	㈜영흥	스프링 제조공정 중 세팅공정을 해석기술로 예측	2019. 08 ~ 2019. 12

내구성 품질을 예측/최적화하여 스프링 품질 개선 기여

열처리공정 해석기술 개발	㈜영흥	스프링 제조공정 중 열처리공정을 해석기술로 예측	2019. 08 ~ 2020. 02

스프링 성능 변화를 최적화하여 스프링 품질 개선 기여

특허등록	㈜영흥	자동차 현가장치 코일스프링의 보호튜브 반자동 조립장치 국내특허 등록	2014. 04. 11

스프링 제조장치의 강선 가이드지그 국내특허 등록	2014. 07. 31

스프링용 마킹시스템 국내특허 등록	2015. 12. 04

스프링용 레이저 마킹 시스템 국내특허 등록	2015. 07. 09

코일 스프링 제조 장치 국내특허 등록	2016. 02. 11

스프링용 마킹시스템 미국특허 등록	2017. 01. 24

스프링용 레이저 마킹 시스템 미국특허 등록	2018. 05. 22

코일스프링 쇼트피닝 검사용 링게이지 및 코일스프링 쇼트피닝 검사방법 독일특허 출원	2022. 11. 02

코일스프링 성형용 조립식 아버 국내특허 등록	2023. 02. 28

스프링 다중 내구 시험장치 국내특허 출원	2023. 02. 28

코일스프링 쇼트피닝 검사용 링게이지 및 코일스프링 쇼트피닝 검사방법 국내특허 등록	2023. 06. 12

차량 서스펜션용 이형단면 코일스프링 국내특허 등록	2023. 06. 12

(3) 연구개발 중인 사항1) 영흥 생산 IT Wire 적용

승용차 현가장치에 적용되는 냉간용 코일스프링의 주재료인 IT WIRE는 고주파 열처리 등을 통하여 냉간 성형에 적합한 형태로 가공된 선재입니다. 자동차용 스프링 산업에서는 원재료가 차지하는 원가비중이 60% 내외로 원재료의 신속하고 안정적인 공급이 매우 중요합니다. 현재 자동차 스프링용으로 사용이 가능한 IT WIRE를 연구 및 개발을 완료하여 양산에 적용하였습니다.

그리고 원가경쟁력 및 내부식성 향상을 위한 소재를 목표로 IT Wire 표면 추가 열처리 기술을 연구하여 소재 표면 개선에 대한 선진 기술을 확보하였습니다.

2) 복합소재(GFRP)를 이용한 코일스프링 개발

자동차 성능의 향상과 더불어 차량의 연비향상을 위한 부품의 경량화는 최근 자동차 산업의 중요한 개발 과제입니다.

유럽 등 자동차 업계에서는 복합재 판스프링을 개발/양산에 적용하는 등 국내 자동차 업계에서도 이에 대응하여 설계 및 제조기술 확보가 시급한 실정입니다.

따라서, 국내 순수 기술을 관련업계의 협업을 통하여 경량신소재인 복합소재(GFRP)를 채택하고 우선 자동차 적용도가 매우 적합하다고 판단되는 Coil Spring 개발을 추진하여, 그 설계 및 제조공정 기술을 확보하고자 하는 것입니다.

현재 현대자동차 연구소와 고성능카 적용을 위한 Kick-off 협의를 마쳤으며, 2018년 실차평가 적용을 위해 국내 최고의 기술과 경험을 겸비한 복합재 전문업체와 10차 시제품까지제작을 완료하였으며, 스프링특성 만족을 위한 함침율개선 방안을 도출하였습니다. GFRP스프링의 특성을 파악하여 1차 개발 완료 하였으며 현재 소형차 후륜스프링 대상 기존 스틸 소재를 복합재로 변경한 스프링을 개발 중에 있습니다.

3) 스프링 경량화를 위한 스프링 응력 균질화 설계기술 개발

자동차의 연비 향상을 위해 경량화는 항상 중요한 사안으로 관리되고 있으며 스프링도 예외는 아닙니다. 일반적인 스프링 설계 시 검토할 사안은 스프링이 압축 시 발생하는 응력(Stress)이 스프링 재료의 허용응력 범위 내에 있는지 확인하는 것입니다. 보통 최대 응력은 스프링의 한 곳에서 발생하게 되고 다른 곳은 그 이하의 응력이 발생합니다. 따라서 스프링 전응력(Fully-stressed) 설계 관점에서 스프링 설계 분석이 필요하며, 스프링 응력 균질화 설계기술은 최대 응력이 한 곳이 아니라 스프링에 전반적으로 작용하게 함으로써 스프링을 전응력 설계를 달성하여 경량화를 꾀하는 설계 기술입니다.

현재 HMC 신규 개발차종 스프링설계를 기반으로 개선설계를 진행하였으며, 확보된 균질화설계 기술을 신규 개발차종 스프링에 적용, 제품 품질 향상에 활용하고 있습니다.4) 세팅공정 해석기술 개발스프링 형상을 제작하는 코일링 기술은 스프링 형상 품질을 결정하는 중요한 제조 공정 기술입니다. 오랜 기술과 경험이 요구되므로 스프링 회사마다 고유한 노하우가 집결되어 있습니다. 최근 자동차 개발 기간이 단축되고 있고, 과거와 달리 보다 다양한 샘플 개발이 요구되며, 특히, 하이브리드 차량 개발의 확대로 선경이 증가되므로 스프링 형상에 대한 관리는 매우 중요해지고 있습니다. 이러한 상황에서 코일링 형상을 예측하고 코일링된 제품의 형상을 측정하는 과정을 과거의 경험이 아닌 컴퓨터 시뮬레이션 및 각종 신규장비 도입과 전문인력을 통하여 보다 나은 결과물을 얻고자 기술개발을 진행하고 있습니다. 특히, 세팅공정은 스프링의 내구 품질에 직접적인 영향을 주므로 이를 해석기술로 구현하여 제작 전 예측함으로써 내구 품질 확보에 기여할 수 있는 해석기술입니다.5) 열처리공정 해석기술 개발스프링 제작 과정에서 열처리공정을 거치는 동안 스프링의 외경과 권수 변화가 발생합니다. 스프링의 외경은 스프링 고유 특성에 영향을 주므로 이를 감안하여 설계 및 제작을 합니다. 열처리공정을 해석기술로 구현가능함에 따라 설계단계에서 제작 전 외경 변화를 고려할 수 있어 스프링 최적화 설계가 가능합니다. 이는 보다 높은 품질의 스프링 제작 및 공급을 가능하게 합니다.

6) 고경도 일반강 개발

스프링 원가절감을 목표로 해외 선진사에서 사용 중인 SAE9254 소재의 경도 개발을 진행하고 있습니다. SAE9254 소재의 열처리 최적화를 통한 경도 증대로 기존 고가의 소재와 동등수준 품질을 타겟으로 개발되었으며, SAE9254 소재물성의 내구 한계를 개선하고자 쇼트 피닝 공정을 스트레스 피닝 공법으로 적용하고 있습 니다. 2022 년부터 양산차종을 대상으로 순차적으로 적용하고 있습니다 .

7) 강화싱글 도료개발

기존의 스프링은 고응력강 소재를 사용하므로 혹한지역의 스프링 도장 손상으로 인한 파손발생을 개선하고자 우레탄호스와 더블코팅 도료가 적용되어야 하므로 원가상승이 수반됩니다. 이중 더블코팅을 대체 가능한 강화싱글 도장공법을 개발하고 있습니다. 기존 더블도장 공법 대비 공정 축소가 가능하고 도장두께 최적화를 통해 원가절감 효과가 있습니다. 2024 년도 양산 차종 적용을 목표로 현재 부식 내구 평가 등의 테스트를 통해 개발 진행 중입니다 .

8) 가속내구시험 기술 개발

자동차 개발 전체 기간의 단축은 단품 및 모듈의 개발 기간 단축으로 가능합니다. 내구시험은 스프링 개발 단계에서 제품의 안전성을 검토하므로 반드시 필요한 과정입니다. 따라서 자동차 개발 기간 단축에 능동적이고 신속하게 대응할 수 있게 기존 내구시험시간을 단축할 수 있는 가속화 기법을 개발하고 있습니다.

9) 표면품질 향상 숏피닝공법 개발

최근 스프링의 설계응력 증가를 위해서 새로운 강종이 개발되고 있습니다. 개발된 강종은 높은 강도와 경도를 갖추고 있으나, 이러한 스프링 강종의 기계적인 특성은 인성의 저하를 동반하여 피로파괴에 민감도를 증 가 시킵니다. 따라서 재료에 인성을 부여하여, 피로강도를 상승시키기 위한 다양한 가공방법이 사용되고 있습니다.

이의 방법 중 쇼트피닝 가공은 청정 표면처리법으로써 재료의 피로강도와 피로수명을 현저히 증가시킬 수 있으며, 재료의 표면에 압축 잔류응력을 형성시켜, 재료의 피로강도 및 피로수명을 강화시킬수 있습니다.

그런데 고강도 스프링강의 쇼트피닝 가공에 있어서, 고경도, 큰 치수 컷와이어 사용은 숏트볼과 스트레스 피닝 설비의 수명을 감소시키는 원인으로 작용합니다. 이 문제를 해결하고, 쇼트피닝 효과를 증대하기 위한 방안으로 고경도, 작은 치수 컷와이어 사용으로 스프링 표면조도를 향상시켜, 피로강도 및 피로수명을 증대하고자 파인피닝 공법으로 적용 개발이 필요합니다.

10) 냉간 성형기 아버-커터 기술 개발

코일 스프링 성형 방법 중 냉간 성형은 열간 성형 대비 스프링 외경의 변화가 자유로운 장점이 있지만, 냉간 성형으로 인한 금형 부하가 증가하여 내구성이 상대적으로 약한 단점이 있습니다. 특히, 절단에 사용되는 아버-커터는 가장 큰 하중을 받아 내구성이 중요하므로 이에 대한 연구 개발이 필요합니다. 충격 하중을 집중적으로 받는 부위는 교체 가능한 타입으로 개발하여 내구성 향상을 통한 생산성 안정화에 기여하고자 합니다.

11) 중공 스프링 개발코일 스프링의 경량화 방법 중의 하나로 속이 비어 있는 파이프 소재를 이용할 수 있습니다. 코일 스프링은 속이 차있는 중실 구조이지만 중공 구조로 대체함으로써 경량화를 30%이상 달성할 수 있는 획기적인 미래기술입니다. 특히 전기차 시대로의 전환에서 배터리 무게 증가로 인한 스프링 무게 증가를 회피할 수 있으므로 고객의 가치 제안에 필요한 핵심 기술이며 해당 기술 경쟁력 확보를 통한 매출 증대를 견인할 수 있는 기술입니다. 1차 개발한 결과, 중공 소재의 경량화 가능성을 확인하였으며 내구최적화 등의 추가 연구를 진행 중에 있습니다.

12) 쇼트피닝 성능 측정용 링지그 개발

코일 스프링의 내구성은 쇼트피닝 공정의 영향을 받습니다. 쇼트피닝은 1mm 이하의 작은 강철구가 고속으로 스프링 표면을 때리면서 발생하는 압축잔류응력을 발생시키는 공정입니다. 개발된 링지그는 스프링의 국부적인 영역에서의 잔류응력 측정이 가능하도록 링타입으로 개발되었으며, 해당 기술은 국내 특허 출원/등록을, 국외 특허 출원을 완료하였습니다. 또한, 해당 기술은 자동차 부품 표면처리 관련 기술 전문지 "Metal Finishing News"에 23년 1월호 기사로 채택되어 전세계 관련 업체 엔지니어들과 기술공유를 실현하고 있습니다.

13) 다중 내구 시험 장치 개발

코일 스프링의 내구성능을 평가하기 위한 시험은 장기간의 시간이 소요됩니다 . 일자 형상이 아닌 난형상의 코일 스프링의 경우 시험기 배치 시 형상에 따른 기울어짐 등으로 인해 여러 수량의 스프링을 동시 시험하 는 것에 어려움이 있습니 다 . 따라서 , 다수의 스프링을 손쉽게 시험기에 설치하거나 교체가 가능하고 안정적으로 시험 가능한 지그 모듈을 포함한 다중 내구 시험 장치를 개발하였습니다 . 본 시험 장치는 다양한 형상의 스프링에 적용이 가능하여 내구성능 평가를 포함한 개발 기간 단축에 기여할 예정입니다 .

14) 이형단면 스프링 개발

코일 스프링의 외측보다 내측에 더 높은 힘을 받게 되므로 스프링의 내구성에 영향을 줍니다 . 반면 , 외측은 낮은 힘을 받게 되므로 경량화의 가능성이 있습니다 . 따라서 , 스프링의 내 / 외측과 상 / 하측의 형상을 최적화하면 내구성을 향상하면서 경량화를 통한 원가경쟁력을 확보할 수 있습니다 . 일반적인 코일 스프링 단면을 원형이 아닌 이형 (Irregular Section) 의 소재를 적용하여 제작하는 기술을 개발하였습니다.